不揮発性メモリの実現に向けた高誘電率キャパシタ材料の低温形成

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13555194
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 光田 好孝 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (20212235)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小田 克郎 東京大学, 生産技術研究所, 助教授 (80177229)
• Keywords: 強誘電体薄膜 / チタン酸バリウム / スパッタリング / 高周波バイアス / イオン衝撃 / 低温結晶化 / 誘電特性 / ヒステリシス

Research Abstract

半導体メモリやコンデンサーの高性能化に向けた強誘電体材料の研究開発が行われている.特に,半導体メモリ用強誘電体薄膜では,薄膜の結晶化に熱処理が不可欠であるが,特性劣化の主要な原因でもある.そこで,本研究では,薄膜形成時に成長表面へのイオン衝撃を利用した膜の結晶化を促進し,電子デバイス級の高品質な結晶膜の作製を目的とする.これまでに,現有の両極性スパッタリング装置を用いて,代表的な強誘電体の一つであるチタン酸バリウムを研究対象に選び,基板には電子デバイスへの応用などの観点からシリコン基板を用いて,薄膜を形成しイオン衝撃と膜の結晶過程の関連に調べてきた.この結果,主にイオン衝撃による表面拡散の促進効果が結晶化に効果的であることなどを明らかにしてきた.
本年度は,ターゲットに得られる薄膜の組成が化学量論組成となるように混合比を調整した粉末ターゲット(TiO2+BaO)を用いて,チタン酸バリウム薄膜の作製をおこなった.これにより,250℃程度の低基板温度であっても,基板表面へのイオン衝撃により薄膜の結晶化が進行し,イオンエネルギーに応じて比誘電率が増加し,一定以上のイオンエネルギーでは比誘電率が飽和する傾向が確認された.これは,焼結体ターゲットを用いたときと同様の傾向であったが,これまでよりもさらに低い基板温度で同程度の比誘電率を実現することに成功した.しかし,イオンエネルギーが過剰に大きくなると誘電喪失が急激に増加していることが明らかとなった.これはイオン衝撃によって導入された結晶欠陥のため漏れ電流が生じているためと考えられる.